Kapitel 1 : Magnetismus
1.1 Magnete und ihre Wirkungen
1.2 Das magnetische Feld
1.3 Die magnetische Wirkung des Stromes
1.4 Elektromotoren
1.5 Kraft auf stromdurchflossene Leiter
Quellen
Schmöger, Stötzer: "Impulse Physik Klasse 9/10" [ISBN: 978-3-12-772544-5]Klett Verlag : Impulse Physik 9/10
Wikipedia : Ferromagnetismus
Wikipedia : Curie-Temperatur
1.1 Magnete und ihre Wirkungen
Magnetwirkung auf verschiedene Materialien
Wirkung: Magnet - Metall(Eisen) : Magnet zieht Eisen an.
Wirkung: Magnet - Metall(Kobalt) : Magnet zieht Kobalt an.
Wirkung: Magnet - Metall(Nickel) : Magnet zieht Nickel an.
Keine Anziehung:
Wirkung: Magnet - Metall(Kupfer) : Keine Anziehung.
Wirkung: Magnet - Metall(Aluminium) : Keine Anziehung.
Wirkung: Magnet - Metall(Blei) : Keine Anziehung.
Wirkung: Magnet - Metall(Silber) : Keine Anziehung.
Wirkung: Magnet - Metall(Gold) : Keine Anziehung.
Wirkung: Magnet - Holz : Keine Anziehung.
Wirkung: Magnet - Papier : Keine Anziehung.
Ergebnis: Ferromagnetischer Stoff:
Eisen, Kobalt und Nickel sind ferromagnetische Stoffe, welche von Magneten angezogen werden.
Ergebnis: Nicht magnetischer Stoff:
Kupfer, Aluminium, Blei, Silber, Gold, Holz, Papier sind nicht magnetische Stoffe und werden daher nicht von Magneten angezogen.
Ergebnis: Magnet Wirkung:
Ein Magnet wirkt auf Gegenstände aus magnetisierbaren Stoffen(Ferromagnete).
Die Grösse der magnetischen Kraft hängt vom Abstand zwischen Magnet und Ferromagnet ab.
Magnetisierung
Experiment: Ferromagneten lassen sich magnetisieren.Streiche mehrmals mit dem Pol eines Magneten entlang (immer gleichung Richtung!) einem Ferromagneten.
Beobachtung: Der magnetisierte Ferromagnet wirkt wie ein "normaler" Magnet.
Ergebnis:
"Ferromagnetische Stoffe lassen sich von einem externen Magnetfeld magnetisieren und werden im Kontakt mit einem Magneten selber zum Magneten. Verschwindet das externe Magnetfeld hält die Magnetisierung trotzdem noch eine Weile an."
Ausführung von Magneten
Magnete (Stabmagnet, Hufeisenmagnet, Ringmagnet) sind spezielle ferromagnetische Stoffe, welche stark magnetisierbar sind und lange ihre magnetische Eigenschaft erhalten.
Nord- und Südpol eines Magneten
Beobachtung:Ein Stabmagnet besitzt in Wechselwirkung mit einem anderen Stabmagnet zwei Pole.
Definition:
Die beiden Pole eines Magneten heissen Nordpol und Südpol.
Beispiel:
Ein Kompass (drehbarer Stabmagnet!) besitzt einen Nordpol und Südpol.
Definition/Beobachtung: Nordpol und einen Südpol treten immer paarweise auf: es gibt keine magnetischen Monopole.
Kraftwirkung zwischen Nord- und Südpol eines Magneten
Beobachtung: Ungleiche magnetische Pole ziehen sich an:Anziehung Nordpol-Südpol und Anziehung Südpol-Nordpol
Beobachtung: Gleiche magnetische Pole stossen sich ab:
Abstossung Nordpol-Nordpol und Abstossung Südpol-Südpol
Beobachtung: Die Kraft zwischen zwei Magneten ist eine Funktion des Abstandes:
kleiner Abstand $\Rightarrow$ grosse Kraft und grosser Abstand $\Rightarrow$ kleine Kraft !
Weiterhin: die ausgeübte Kraft hängt vom Abstand nicht linear ab !
Innerer Aufbau von Magneten
Überlegung:Teilt man einen Stabmagneten in der Mitte, so erhält man zwei kleinere Stabmagnete mit schwächeren aber gleichen Eigenschaften.
Die gleiche Beobachtung gilt für eine weitere Zerteilung der Magnet-Teile.
Die magnetischen Eigenschaften des Stabmagneten müssen daher durch mikroskopische gleichgerichtete Miniatur-Magnete (verkleinerte Stabmagnete) verursacht werden!
Modell:
Das magnetische Feld des Stabmagneten ergibt sich durch die Addition der magnetische Einzelfelder der Miniatur-Magneten.
Oder anders: Das starke magnetische Feld des Stabmagneten ergibt sich aus der Überlagerung der schwachen gleichgerichteten magnetischen Felder der Miniatur-Magnete.
Diese Miniatur-Magnete nennen wir Elementarmagnete.
Folgerung: Ferromagnetische Stoffe
In einem ferromagnetischen Stoff resultiert das äussere (starke) magnetische Feld durch die additive Überlagerung (Superposition) der gleichgerichteten (schwachen) Einzelfelder der im Innerern befindlichen Elementarmagneten.
Folgerung: Nicht magnetische Stoffe
In einem nicht magnetischen Stoff sind die Elementarmagnete nicht geordnet und können auch nicht geordnet werden. Daher resultiert das äussere magnetische Feld durch die additive Überlagerung (Superposition) der gleichgerichteten Einzelfelder der im Innerern befindlichen Elementarmagneten: die Einzelfelder löschen sich als Gesamtfeld aus - daher ist (und bleibt) ein nicht magnetischer Stoff immer unmagnetisch!
Curie-Temperatur
Definition: Die magnetische Übergangstemperatur $T_C = 768^{\circ}\mathrm{C}$ nennt man die Curie-Temperatur von Eisen.Google : "warum heisst Curie-Temperatur so"
"Der Namensgeber der sogenannten Curie-Temperatur ist der französische Physiker Pierre Curie. Die Curie-Temperatur ist stoffspezifisch. Oberhalb der Curie-Temperatur verauml;ndern sich die magnetischen Eigenschaften eines Stoffes. Eisen beispielsweise wird oberhalb der Curie-Temperatur von keinem Magneten mehr angezogen."
Beobachtung: Curie-Punkt Ferromagnetischer Stoffe
Oberhalb einer stoff-spezifischen Temperatur $T_C = 768^{\circ}\mathrm{C}$ (Curie-Temperatur) verliert Eisen seine ferromagnetischen Eigenschaften. Eisen verhält sich dann als nicht magnetischer Stoff. Die Gebiete der Elementarmagnete (Weißsche Bezirke) verlieren ihre gleichgerichtete Ordnung.
Kühlt man Eisen unter $T_C = 768^{\circ}\mathrm{C}$ ab, erlangt Eisen seine ferromagnetischen Eigenschaften wieder zurück. Damit ordnen sich die Elementarmagnete in den Weißschen Bezirken wieder zu ihrer ursprünglichen gleichgerichteten Ordnung.
Die Ordnung / Unordnung der Elementarmagnete in ferromagnetischen Körpern ist damit ein reversibler Prozess bei Unterschreitung/Überschreitung der Curie-Temperatur.
Beobachtung: Curie-Punkt Dauermagnet
Nach Überschreitung der Curie-Temperatur $T_C$ des Dauermagneten verliert der Dauermagnet seinen Magnetismus. Das ässere magnetische Feld verschwindet durch die Unordnung der Elementarmagneten.
Dieser Entmagnetisierungs-Prozess ist nicht reversibel: Unterschreitet man die Curie-Temperatur $T_C$ des Dauermagneten, so richtet sich sein Magnetfeld nicht wieder aus. Der Magnetismus des Dauermagneten ist zerstört!
Die Unordnung der Elementarmagnete in einem Stabmagneten ist damit ein irreversibler Prozess bei Überschreitung der Curie-Temperatur.
Homepage WebSites Unterrichtsstunden Mathematik